專利名稱：下層土中管件的推進裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法，用于在為了在軟的、多石的和/或多巖的下層土中建造縱長的建筑物而對管件進行進時檢測推進力以及該推進力相對于中性軸線和/或推進方向的偏心，其中采用壓力裝置和端側(cè)設(shè)置在管線接合部位中的、且充有流體的膨脹元件。本發(fā)明還涉及一種用于控制推進力、偏心和推進方向的方法以及該方法的應(yīng)用。
管道的傳統(tǒng)鋪設(shè)是在溝渠中進行的，在那里所述管道一節(jié)一節(jié)地鋪設(shè)到基礎(chǔ)上、密封且再覆蓋。
在有上層建筑的、或分成段的、或其它在上部區(qū)域中困難操作的地區(qū)要采用已知的替代方案，從挖出的豎井中將管線推入土層中。這要為管線設(shè)計盡可能直的規(guī)定路徑，其中要以盡可能大的曲率半徑繞開可能的障礙物。
管線通過逐漸鋪設(shè)的管件壓入土層，其中一個可控的頭部指引路徑。新的管件降入到擠壓豎井中并通過壓力裝置向前驅(qū)動，直到能夠放入下一管段。管件直徑為幾米，由直徑例如為1-4米管件構(gòu)成的管線能夠達到1-2公里或更長的長度。
在目標豎井中取出管線的頭部并附加必要的閉合裝置和管道。
隨著推進長度的增加，由于管件外表面摩擦的原因，所需的預(yù)壓力也增加。根據(jù)管件的長度和所要施加的擠壓力，要為其它壓力裝置建立中間壓力站或中間豎井，由此可以相應(yīng)地增加作用長度。
由開采頭挖出的土料必須以與通常大致為水平的管推進裝置的相反方向運出，這能夠以公知的方式通過輸送帶、廢料車或其它裝置完成。另外，對于相應(yīng)的土壤能夠在封閉的管中進行層流輸送。
大的推進力必須盡可能均勻且沒有局部應(yīng)力集中地從管件的端側(cè)傳遞到管件，這在直接接觸時不可能不出現(xiàn)損壞的情況。公知的是，將相應(yīng)木質(zhì)壓力傳遞環(huán)配置到管橫截面上。
在進行擠壓推進時，對管件不論是在軸向還是在徑向上的要求都是很高的。推進擠壓力必須克服端部阻力以及管外殼與土壤之間的摩擦力。除了增加推進擠壓力，方向修正首先導(dǎo)致管件端側(cè)和管件本身中壓力應(yīng)力的分布不均勻。其它作用、如卡死力和自重也對管在徑向方向上提出要求。
CH 57 4023 A5描述了一種在擠壓推進時管線的接合部位的密封。在各管件端側(cè)之間設(shè)置膨脹元件，它形成封閉的空腔。它可以通過壓力下的填充材料這樣擠出，使得相鄰構(gòu)件的端側(cè)面彼此擠壓。
本發(fā)明的目的在于提供一種上述類型的方法，利用該方法最優(yōu)地檢測推進力、相對于中性軸線和推進方向的偏心這三個參數(shù)中的至少一個，并有選擇地存儲和/或用于過程控制。
針對參數(shù)的檢測，所述目的根據(jù)本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，在膨脹元件的至少一個在管線整個長度上分布的部分中測量流體壓力和/或接合部位的變形，由所述參數(shù)計算推進力和偏心，并存儲這些值，和/或?qū)⒃撝蹬c存儲的標準值進行比較。為了進行過程控制，在膨脹元件的至少一個在管線整個長度上分布的部分中測量流體壓力和/或接合部位的變形，由該參數(shù)計算推進力和偏心，將這些值轉(zhuǎn)換成控制指令，用于壓力裝置和/或膨脹元件的單獨流體供給或單獨流體排放。該方法的特殊的和改善的實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
通過根據(jù)本發(fā)明的方法能夠記錄和建立完整的、隨時可重復(fù)產(chǎn)生的建筑物資料。
所記錄的內(nèi)容也能夠用于質(zhì)量保障，這可在質(zhì)上和量上來執(zhí)行。另外，將構(gòu)建的進度隨時與管件路徑用的設(shè)計理論值進行比較。
在出現(xiàn)偏差時，根據(jù)本發(fā)明的變型隨時采用一種運行著的過程控制，直到預(yù)定的標準值又達到設(shè)計管路徑用的理論值。其意義在于過程的滾動計劃。
當然，能夠同時進行兩個根據(jù)本發(fā)明的過程——檢測所述參數(shù)和進行控制。
英語所表達的“流體”以及在德語中是通常的含義，表示可流動的介質(zhì)，特別是氣體、較低或較高粘度的液體、凝膠體、軟膏狀的物質(zhì)等。
優(yōu)選的是，在各接合部位中設(shè)置具有測量裝置的膨脹元件。如上所述，在各接合部位中必須設(shè)置一種膨脹元件時，也能夠部分地省去測量元件，優(yōu)選周期性地省去。例如在每2.，3.，4.，...n個膨脹元件上設(shè)置一個用于壓力的測量裝置。當然不必是強制性地有規(guī)律地進行設(shè)置，但這是優(yōu)選的。在相同的或不同的接合部位中可以測量所述變形，其中這通常借助于測量接合部位的膨脹來實現(xiàn)。但也可以測量剪切變形和/或其它公知的參數(shù)。這優(yōu)選在有規(guī)律地分布在圓周上的至少三個位置上進行，由此在測量膨脹的情況下確定接合部位的膨脹平面幾何形狀。
膨脹元件中的流體壓力最好借助于一種壓力表來測量。如果根據(jù)所測量的參數(shù)來確定流體壓力與額定值有偏差，相應(yīng)的控制指令指示供給流體或排放流體、或者相應(yīng)地增加或降低推進力。控制指令可以單獨地在特殊的執(zhí)行元件上完成，但也可以成組地在多個執(zhí)行元件上完成。
膨脹元件的橫截面可以選取通常的幾何形狀。最簡單的情況是圓形的。但其橫截面形狀可以是正方形的、矩形的，并具有相同或不同的壁厚。采用彈性材料作為材料，該材料也可用纖維加強，并且其機械特性與特殊對象的作用力以及幾何關(guān)系相匹配。
所述橫截面呈圓形、卵形、橢圓形或矩形的膨脹元件具有的幾何特性使得在無應(yīng)力形成的預(yù)壓縮時，其在管端面上的支承寬度略微取決于通過力形成的壓縮。這就有這樣的結(jié)果即使在接合部位中存在特另斜的膨脹平面時，由膨脹元件傳遞的特定力沿管圓周只略微改變，并由此使推進力相對于管中性軸線的偏心很小，這意味著與至今普遍采用的木質(zhì)接合部位相比有明顯的差別。
另外，所施加的力K1與允許力K2的比值通過周期地或連續(xù)地計算比值來進行監(jiān)測，在所述比值達到1或超出1時，自動地發(fā)出報警信號，和/或在顯示器上顯示相關(guān)的位置，操作者能夠馬上采取措施。
最后，在擠壓豎井中，在管線的后管件與新加入的管件之間設(shè)置的膨脹元件最好被預(yù)壓縮，并存儲在此所測量的參數(shù)。換句話說，在預(yù)壓縮時確定膨脹元件的幾何橫截面。如在所有其余測量時那樣，最好進行實時評估，即不是進行推遲的評估。
本發(fā)明、特別是對此必要的裝置參照在附圖中描述的實施例—這也是從屬權(quán)利要求的主題—進行詳細描述。其中

圖1是通過擠壓豎井和管線的垂直剖面；圖2示出了道路部分之下管線的延伸曲線；圖3是通過兩端側(cè)相鄰管件的軸向圖；圖4通過膨脹元件的徑向視圖；圖5示出了根據(jù)圖3的V部分的具有測量和供給裝置的兩管件的端頭連接的細節(jié)；圖6示出了管件的不同橫截面形狀；
圖7示出了膨脹元件的不同橫截面形狀；圖8示出了圖3具有分段部分的膨脹元件的變型方案；圖9示出了根據(jù)圖3具有膨脹測量裝置的變型方案。
在下層土10中，從軟土到整塊巨石的巖石，以擠壓豎井12為起始點推進管線14，該管線14在大致平行于地表面16的幾米深度中延伸。各管件18借助起重裝置20降入到擠壓豎井12中。
在支座22上支承的壓力裝置24對著管線14。該壓力裝置主要為液壓機，也可以采用氣壓機或千斤頂。推力盤26的端側(cè)抵壓在最后面的管件18上，并將整個管線14在推進方向28上向前壓動一個管件18的長度1。而后，退回推力盤26，降下一個新管件18，并通過在其之間設(shè)置膨脹元件44(圖3)準確置放。而后，以另一管長度1進行推入。
在將管線18壓入下土層10中的同時，通過頭部30以公知的方式開采已被排擠的土層。這例如通過已裝入的挖土機32、銑刀或其它礦用公知的工作設(shè)備實現(xiàn)。通過未示出的傳送帶將挖出的土壤34朝著壓力豎井24的方向、即與推進方向28相反的方向輸送。
所述推進如以所述的步驟方式進行。一步驟包括將管件18插入、使得管線14在推進方向28上推進管件18的長度1。推進力40(圖3)通過后面所示的膨脹元件44(圖3)從管件18傳遞到管件18。
如上所述，管線14通常與地表面16大致平行地延伸。但管線14也可以以任意其它角度延伸。
由于種種原因，在向前推進管線18時會產(chǎn)生偏心，如圖3詳細所示的那樣。
所述頭部30通常具有一個定位儀36，因此能夠隨時確定位置并在必要時進行必要的修正。另外，在對所述頭部30進行必要的修理或更換時，能夠準確抽出輔助軸。
在圖2中示出了一街道38的S段以及在其下面的管線14。管線14以盡可能大的彎曲半徑導(dǎo)引穿過S段，其投影的管路徑盡可能呈直線延伸。通過根據(jù)本發(fā)明的測量和過程控制，管線14在很大程度上遵從投影的管路徑。
圖3示出了兩個管件18的端側(cè)面42，推進力40施加到該端側(cè)面上。管件18的兩個端側(cè)面42通過由空心截面構(gòu)成的膨脹元件44連接在一起。膨脹元件44的空腔充滿著壓力p可上升到遠遠大于100巴的耐壓流體46。
所述兩個管件18的聯(lián)接區(qū)域通過具有導(dǎo)向和密封功能的管圈套48蓋住。密封功能由裝入的O形圈50來支持。
在推進由管件18所組成的管線14時，推進力40相對于管線14的中性軸線N出現(xiàn)偏心52。其原因在于，沿著管件18與下層土10接觸面54不同的摩擦情況所致，但主要原因在于，計劃的和不可預(yù)料的控制運動以及管件18的尺寸精確性，特別是在使用木質(zhì)接縫件時，其具有明顯非線性的、不可逆的負載變形特性。所述偏心52產(chǎn)生圍繞著位于垂直于推進方向28的平面中的軸線的轉(zhuǎn)矩。為了獲得平衡力，需要使用通過垂直于推進方向28作用的土壓力而形成的與所述轉(zhuǎn)矩相反的、數(shù)值相等的轉(zhuǎn)矩。所述土壓力是在極端情況下使得管件18損壞的顯著的負載。
根據(jù)本發(fā)明，在整個管線14上的膨脹元件44的所有空腔通過壓力管道56連通，如圖4和5所示。所述壓力管道56通過供給閥58與每個已連接的膨脹元件44的配件60相連接。通過操作桿62能夠打開供給閥58。配件60還與一個壓力測量裝置64和排放閥66成為一體，通過該排放閥66使多余的流體排放到管線14的內(nèi)腔中。
在根據(jù)圖4的實施方式中，所述膨脹元件44由一種合成橡膠軟管形地構(gòu)成。環(huán)繞的軟管沒有分段。因此，除了大地測量學(xué)的不同之外，所述壓力總是完全相同，即使就像在圖5中用點線表示的已變形的膨脹元件44那樣施加較大壓力時也是如此。
圖6示出了管件18可能的橫截面。它們例如可以是圓形、正方形、長方形、具有橫向壁的長方形或拱形。管件的直徑或相應(yīng)的線性量為一米或多米。它們例如由混凝土、纖維混凝土或金屬制成。
圖7示出了膨脹元件44的橫截面。它們是圓形的、正方形的、橢圓形的、長方形倒圓的、盒形并兩側(cè)凸起的?？梢跃哂懈魇礁鳂拥臋M截面，所述壁可局部被加厚。
在根據(jù)圖8的實施方式中，環(huán)繞的膨脹元件44分成三個相等尺寸的部分A、B、C，它們并非彼此進行液壓連通。膨脹元件44的各部分可以包括具有供給閥58和排放閥66的配件。能夠主動改變方向。對于相應(yīng)的設(shè)置，通過根據(jù)圖8的膨脹元件44直接控制導(dǎo)向頭部30(圖1)。通常是三到六個部分。
在圖9的實施方式中，管件18端側(cè)面42之間的膨脹通過膨脹測量裝置68來檢測。
壓力及變形、特別是膨脹測量的數(shù)據(jù)管理在管件18內(nèi)或從外面利用一個處理器來完成。供給閥58和排放閥66可以通過相應(yīng)的執(zhí)行元件同樣由一個處理器進行控制。數(shù)據(jù)傳遞到處理器或從處理器傳出，這通過電纜或光纜、或者通過無線電、也可以采用因特網(wǎng)來實現(xiàn)。出于簡化的目的，這些線纜及通常使用的電部件沒有示出。
相反更重要的是，所有可操作的膨脹元件44的空腔能夠通過壓力管道56彼此連通。在管線14內(nèi)部在整個長度上延伸的壓力管道56能夠與所有的膨脹元件54連接，或只與其中的一部分連接。通過供給閥58，膨脹元件44的空腔在施加推進力40前最好被填充已增壓的液體、如所述的流體46，并通過至少一個排放閥66同時進行排放。通過所述兩個閥58、66還能夠借助于壓力測量裝置64檢測流體46的存在的內(nèi)壓。借助于對于接合部位70的膨脹沿著推進方向28至少三點所進行的測量來確定接合部位70中的膨脹平面。通過流體46的所獲得的參考壓力以及接合部位70中的膨脹平面的幾何形狀，能夠借助于一種可逆的負載變形原理，對于所述接和功能來定位地并定量地檢測所產(chǎn)生的推進力40的大小和偏心72。由此，可再檢測橫向于中性軸線N的土壓力的大小和方向，并由此在橫向方向上獲得關(guān)于管件18損壞或甚至破斷危險大小的經(jīng)驗。因此，采用可靠準確的方法檢測并控制推進力40，這是一種簡單、經(jīng)濟且有利的方法。所述接合部位70根據(jù)一種未示出的變型方案也可以是對中螺旋形地或以不產(chǎn)生橫向力的復(fù)雜幾何形狀延伸。
通過壓縮接合部位70中的膨脹元件44，這時所述供給閥58和/或排放閥66被打開并且因此流體46自由地進入到膨脹元件44的空腔內(nèi)并從中排出，膨脹元件44變形，而膨脹元件44空腔中的壓力不改變。通過這種預(yù)壓縮，膨脹元件44與管件端側(cè)面42接觸的力傳遞接觸面增加，且由此使得推進力40也增加。通過適合的預(yù)壓縮，膨脹元件44的變形情況在一定的限度內(nèi)根據(jù)要求能夠被調(diào)節(jié)。
分成多個部分的、即成段的膨脹元件44具有獨立的液壓腔，它們可以彼此具有不同的內(nèi)壓力。所述部分的共同參數(shù)只是膨脹平面的幾何形狀。通過控制膨脹元件44各部分空腔內(nèi)的壓力或已存在的流體46的量，定位地并定量地來影響所產(chǎn)生的推進力40的位置。通過有目的地采用所述特性，被分段的膨脹元件40可用于準確地控制并調(diào)節(jié)推進力40的偏心52的位置和大小。
如果膨脹元件44不分段，那么膨脹元件44的空腔中的流體壓力p各處均相等，沿著圓周對于膨脹元件44的單位長度所測量的由膨脹元件44傳遞的力的大小只取決于管件端側(cè)面上膨脹元件44接觸寬度的大小，并尤其與膨脹元件44的其余幾何形狀無關(guān)。通過合適地選擇膨脹元件44的所述特性和幾何形狀以及預(yù)壓縮，使得單位長度的端側(cè)面接合部位接觸面不太依賴于膨脹元件44的壓縮。因此，所產(chǎn)生的推進力40的偏心與膨脹元件44的膨脹無關(guān)，或限定在一小范圍內(nèi)。這對于所述膨脹元件44的特性是有意義的改善。
在進行推進后，對于進一步采用所述的膨脹元件44主要存在兩種可能-膨脹元件44的內(nèi)壓被降低，并從已安裝好的建筑物的內(nèi)腔中拆除。因此，可以在次使用膨脹元件44。
-膨脹元件44保持在已安裝的狀態(tài)，并再次作為用于最終狀態(tài)的建筑物密封件使用。
膨脹元件44內(nèi)的流體46的壓力進一步被檢測和控制，并因此控制膨脹元件44的密封效果。
膨脹元件中的流體46可以由可硬化的液體來替換，例如由水泥懸浮液來替換。這使得膨脹元件44的空腔處于確定的壓力，并在硬化后用于持續(xù)的預(yù)應(yīng)力和密封壓力。
概括而言，根據(jù)本發(fā)明能夠確保通過膨脹元件44的所述結(jié)構(gòu)以簡單的方式和方法使得整個建筑物搭接或產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，并具有所有與此相關(guān)的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.檢測方法，用于在為了在軟的、多石的和/或多巖的下層土中建造縱長的建筑物而對管件(18)進行推進時檢測推進力(40)以及該推進力相對于中性軸線(N)和/或推進方向(28)的偏心(52)，其中采用壓力裝置(24)和端側(cè)設(shè)置在管線(14)接合部位(70)中的、且充有流體的膨脹元件(44)，其特征在于，在膨脹元件(44)的至少一個在管線(14)的整個長度上分布的部分中測量流體壓力(p)和/或接合部位(70)的變形，由該參數(shù)來計算推進力(40)和偏心(52)，并存儲這些值，和/或?qū)⒃撝蹬c存儲的標準值進行比較。
2.控制方法，用于在為了在軟的、多石的和/或多巖的下層土(10)中建造縱長的建筑物而對管件(28)進行推進時控制推進力(40)、并使該推進力相對于中性軸線(N)和/或推進方向(28)的偏心(52)最小化，其中采用壓力裝置(24)和端側(cè)設(shè)置在管線(14)接合部位(70)中的、且充有流體的膨脹元件(44)，其特征在于，在膨脹元件(44)的至少一個在管線(14)的整個長度上分布的部分中測量流體壓力(p)和/或接合部位(70)的變形，由該參數(shù)來計算推進力(40)和偏心(52)，并將該值轉(zhuǎn)換成控制指令，用于壓力裝置(24)和/或膨脹元件(44)的單獨流體供給或單獨流體排放。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對于在所有接合部位(70)中的變形、優(yōu)選為膨脹或剪切變形進行測量。
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對于在接合部位(70)中在最好均勻地在圓周上分布的至少三個位置上的變形、最好為膨脹進行測量，并確定接合部位(70)的膨脹長平面的幾何形狀。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在按部分劃分的膨脹元件(44)的各部分(A、B、C)中測量所述流體壓力(p)，并在相應(yīng)控制的指令時，局部地供給或排放單獨的流體量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，利用最前面的膨脹元件(44)來控制頭部(30)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，對于在充有耐壓液體的膨脹元件(44)中的流體壓力(p)進行測量。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，對于在橫截面呈圓形、卵形、橢圓形或在管件(18)的至少一端側(cè)(42)方向上呈圓形的膨脹元件(44)中的流體壓力(p)進行測量。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，周期地或連續(xù)地計算并監(jiān)測所施加的力(K1)與允許力(K2)的比值，并且在K1/K2≥1時最好發(fā)出報警。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，對于在擠壓豎井(12)中預(yù)壓縮膨脹元件(44)時所測量的參數(shù)進行存儲。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的方法，其特征在于，實時進行評估。
12.將按照權(quán)利要求1所述的方法在質(zhì)量保障中的應(yīng)用。
全文摘要
為了在軟的、多石的和/或多巖的下層土中建造縱長的建筑物而對于管件(18)進行推進時，對于推進力(40)、該推進力相對于中性軸線(N)和/或推進方向(28)的偏心(52)進行檢測。在這種情況下采用壓力裝置(24)和端側(cè)設(shè)置在管線(14)接合部位(70)中的、且充有流體的膨脹元件(44)。在膨脹元件(44)的至少一個在管線(14)整個長度上分布的部分中測量流體壓力(p)，和/或在接合部位(70)的一部分中測量變形。由該參數(shù)計算推進力(40)和偏心(52)，并存儲這些值，和/或與所存儲的標準值進行比較。根據(jù)一種變型，計算偏心(52)，并將這些值轉(zhuǎn)換成控制指令，用于壓力裝置(24)和/或膨脹元件(44)的單獨流體供給或單獨流體排放。
文檔編號E21D9/00GK1973113SQ200580005283
公開日2007年5月30日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月19日
發(fā)明者斯蒂芬·特朗皮 申請人:斯蒂芬·特林皮